本發(fā)明涉及一種模擬湖濱濕地土壤植物的方法。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有的沉積物培養(yǎng)裝置是由恒溫水浴箱、磁力旋轉(zhuǎn)木馬和PVC管三部分組成。恒溫水浴箱為透明控溫平臺，可以模擬湖濱濕地中的水溫；磁力旋轉(zhuǎn)木馬安置在水浴箱內(nèi)部，主要包括卡槽、電磁閥等，用于安放PVC管和調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。帶有取樣孔和曝氣孔的PVC蓋蓋緊土柱，防止水分因蒸發(fā)而損耗，也可以人為調(diào)控曝氣量和曝氣時(shí)長進(jìn)而控制土柱上覆水和土壤的氧化還原電位。

在高度厭氧底泥和富營養(yǎng)化水體構(gòu)成的模擬生態(tài)系統(tǒng)中，通過沉積物培養(yǎng)裝置研究覆蓋技術(shù)對水-沉積物界面微環(huán)境的改善作用，隔絕污染底泥和延緩營養(yǎng)鹽釋放。但此裝置僅僅考慮到湖濱濕地水要素和土壤要素，忽略植物要素。而且，PVC管空間有限，不適于植物生長。

湖濱濕地植物作為天然湖濱濕地或人工湖濱濕地的重要組成部分，對其功能有著十分重要的作用。湖濱濕地植物不僅可以吸附和富集重金屬及一些有毒有害物質(zhì)，吸收和利用污水中可利用態(tài)的營養(yǎng)元素(主要是磷)，還可以通過通氣組織將氧氣輸送至根區(qū)，供微生物的好氧吸收。湖濱濕地植物通過固定土壤中的水分，圈定污染區(qū)，可以防止污染源進(jìn)一步擴(kuò)散。此外，湖濱濕地植物具有美化可賞性，可以改善景觀生態(tài)環(huán)境，通過定期收割，可回收利用的植物資源。

因此，現(xiàn)有的沉積物培養(yǎng)裝置模式只能用于土壤原位覆蓋對底泥的修復(fù)，未能構(gòu)建一個(gè)生長植物的土柱和上覆水的微宇宙，在模擬湖濱濕地微生境植物發(fā)育及微生物群落狀況方面還存在一定差距。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明是要解決現(xiàn)有的沉積物培養(yǎng)裝置在模擬湖濱濕地時(shí)無法模擬湖濱濕地植物在其中所起的作用的技術(shù)問題，而提供一種模擬湖濱濕地土壤植物的方法。

本發(fā)明的一種模擬湖濱濕地土壤植物的方法是按以下步驟進(jìn)行的：

所述的微宇宙系統(tǒng)是由模擬土壤植物系統(tǒng)、恒溫水浴系統(tǒng)和磁力攪拌系統(tǒng)組成；

所述的模擬土壤植物系統(tǒng)是由PVC透明圓柱體a、PVC透明圓柱體b、根部固定器、蓋子a和蓋子b組成；

一、原位土柱的采集：隨機(jī)在預(yù)模擬的湖濱濕地的水下無植物生長的土壤處將PVC透明圓柱體b豎直壓入土壤中，在不破壞土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的條件下使得預(yù)模擬的湖濱濕地的土壤和水壓入PVC透明圓柱體b中，壓入PVC透明圓柱體b中的土壤的深度為5cm～20cm，在水下厭氧條件下在PVC透明圓柱體b的底端蓋上蓋子a，在水下厭氧條件下去除PVC透明圓柱體b中的土壤表層的枯落物，在水下的厭氧條件下將根部固定器從上向下壓入PVC透明圓柱體b內(nèi)的土壤中并卡在PVC透明圓柱體b上端的內(nèi)壁上，將PVC透明圓柱體a的一端與PVC透明圓柱體b的上端豎直螺紋連接在一起，將PVC透明圓柱體a的上端蓋上蓋子b；在所述的預(yù)模擬的湖濱濕地的水下無植物生長的土壤處周圍2m～3m的范圍內(nèi)生長有挺水植物；

所述的PVC透明圓柱體b的兩端均無蓋，所述的PVC透明圓柱體a的兩端均無蓋；

所述的根部固定器由濾網(wǎng)組成的圓柱體和空心圓盤組成；濾網(wǎng)組成的圓柱體一端敞口，另一端以及側(cè)壁由濾網(wǎng)組成，濾網(wǎng)組成的圓柱體開口一端的外側(cè)水平設(shè)置空心圓盤，且空心圓盤與濾網(wǎng)組成的圓柱體同軸；

所述空心圓盤的內(nèi)徑與PVC透明圓柱體b的外徑相等，且在水下的厭氧條件下將根部固定器從上向下壓入PVC透明圓柱體b內(nèi)的土壤時(shí)，空心圓盤卡接在PVC透明圓柱體b上端的內(nèi)壁上，保證空心圓盤與蓋子a平行；

二、植物的培養(yǎng)：取步驟一中PVC透明圓柱體取土壤處周圍2m～3m的范圍內(nèi)的挺水植物帶到溫室大棚，除去植株枯葉，放入裝有水的容器內(nèi)使得根莖浸泡在水里，在溫度為30℃的條件下培養(yǎng)15天，每2天更換一次水；

三、移植幼苗到PVC管中：打開取樣口，將步驟一中PVC透明圓柱體a內(nèi)的水放掉，將PVC透明圓柱體a與PVC透明圓柱體b通過螺紋分解開，將步驟二中培養(yǎng)了15天的植物根節(jié)處的分蘗移植到PVC透明圓柱體b內(nèi)的土壤中，再將PVC透明圓柱體a與PVC透明圓柱體b螺紋連接在一起，靜置2天～3天，向PVC透明圓柱體a的上端注入步驟一中預(yù)模擬的湖濱濕地的水，在恒溫水浴系統(tǒng)和磁力攪拌系統(tǒng)的作用下進(jìn)行培養(yǎng)，即完成模擬湖濱濕地土壤植物的方法；所述的恒溫水浴的溫度和步驟一中預(yù)模擬的湖濱濕地的水溫相同。

本發(fā)明的有益效果：

1、本發(fā)明操作靈活、模擬精度高；

2、本發(fā)明在PVC管內(nèi)構(gòu)建一個(gè)生長有植物的土柱/沉積的微宇宙，準(zhǔn)確模擬湖濱濕地微生境的溫度、水位、植物根系發(fā)育及微生物群落和數(shù)量狀況，提高室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確度。

本發(fā)明也同樣適用于沼澤濕地、河流濕地、濱海濕地和人工濕地等多種濕地類型。

附圖說明

圖1為步驟三的PVC透明圓柱體的示意圖，1為PVC透明圓柱體a，2為PVC透明圓柱體b，3為根部固定器，4為進(jìn)水口、5為植物生長口，6為通氣口，7為取樣口，8為預(yù)模擬的湖濱濕地的水，9為植物，10為蓋子a，11為蓋子b；

圖2為圖1中根部固定器的示意圖，3-1為空心圓盤，3-2為濾網(wǎng)組成的圓柱體；

圖3是溶解氧的數(shù)據(jù)圖，曲線1為試驗(yàn)二，曲線2為試驗(yàn)四，曲線3為試驗(yàn)三，曲線4為試驗(yàn)五；

圖4為pH的數(shù)據(jù)圖，曲線1為試驗(yàn)四，曲線2為試驗(yàn)二，曲線3為試驗(yàn)三，曲線4為試驗(yàn)五；

圖5為TP去除率的數(shù)據(jù)圖，曲線1為試驗(yàn)二，曲線2為試驗(yàn)三，曲線3為試驗(yàn)四，曲線4為試驗(yàn)五；

圖6為試驗(yàn)進(jìn)行到第25天時(shí)表層沉積物中TP含量的數(shù)據(jù)圖，1為試驗(yàn)三，2為試驗(yàn)二，3為試驗(yàn)四，4為試驗(yàn)五。

具體實(shí)施方式

具體實(shí)施方式一：見圖1和2，本實(shí)施方式為一種模擬湖濱濕地土壤植物的方法，具體是按以下步驟進(jìn)行的：

所述的微宇宙系統(tǒng)是由模擬土壤植物系統(tǒng)、恒溫水浴系統(tǒng)和磁力攪拌系統(tǒng)組成；

所述的模擬土壤植物系統(tǒng)是由PVC透明圓柱體a1、PVC透明圓柱體b2、根部固定器3、蓋子a10和蓋子b11組成；

一、原位土柱的采集：隨機(jī)在預(yù)模擬的湖濱濕地的水下無植物生長的土壤處將PVC透明圓柱體b2豎直壓入土壤中，在不破壞土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的條件下使得預(yù)模擬的湖濱濕地的土壤和水壓入PVC透明圓柱體b2中，壓入PVC透明圓柱體b2中的土壤的深度為5cm～20cm，在水下厭氧條件下在PVC透明圓柱體b2的底端蓋上蓋子a10，在水下厭氧條件下去除PVC透明圓柱體b2中的土壤表層的枯落物，在水下的厭氧條件下將根部固定器3從上向下壓入PVC透明圓柱體b2內(nèi)的土壤中并卡在PVC透明圓柱體b2上端的內(nèi)壁上，將PVC透明圓柱體a1的一端與PVC透明圓柱體b2的上端豎直螺紋連接在一起，將PVC透明圓柱體a1的上端蓋上蓋子b11；在所述的預(yù)模擬的湖濱濕地的水下無植物生長的土壤處周圍2m～3m的范圍內(nèi)生長有挺水植物；

所述的PVC透明圓柱體b2的兩端均無蓋，所述的PVC透明圓柱體a1的兩端均無蓋；

所述的根部固定器3由濾網(wǎng)組成的圓柱體3-2和空心圓盤3-1組成；濾網(wǎng)組成的圓柱體3-2一端敞口，另一端以及側(cè)壁由濾網(wǎng)組成，濾網(wǎng)組成的圓柱體3-2開口一端的外側(cè)水平設(shè)置空心圓盤3-1，且空心圓盤3-1與濾網(wǎng)組成的圓柱體3-2同軸；

所述空心圓盤3-1的內(nèi)徑與PVC透明圓柱體b2的外徑相等，且在水下的厭氧條件下將根部固定器3從上向下壓入PVC透明圓柱體b2內(nèi)的土壤時(shí)，空心圓盤3-1卡接在PVC透明圓柱體b2上端的內(nèi)壁上，保證空心圓盤3-1與蓋子a10平行；

二、植物的培養(yǎng)：取步驟一中PVC透明圓柱體取土壤處周圍2m～3m的范圍內(nèi)的挺水植物帶到溫室大棚，除去植株枯葉，放入裝有水的容器內(nèi)使得根莖浸泡在水里，在溫度為30℃的條件下培養(yǎng)15天，每2天更換一次水；

三、移植幼苗到PVC管中：打開取樣口7，將步驟一中PVC透明圓柱體a1內(nèi)的水放掉，將PVC透明圓柱體a1與PVC透明圓柱體b2通過螺紋分解開，將步驟二中培養(yǎng)了15天的植物根節(jié)處的分蘗移植到PVC透明圓柱體b2內(nèi)的土壤中，再將PVC透明圓柱體a1與PVC透明圓柱體b2螺紋連接在一起，靜置2天～3天，向PVC透明圓柱體a1的上端注入步驟一中預(yù)模擬的湖濱濕地的水，在恒溫水浴系統(tǒng)和磁力攪拌系統(tǒng)的作用下進(jìn)行培養(yǎng)，即完成模擬湖濱濕地土壤植物的方法；所述的恒溫水浴的溫度和步驟一中預(yù)模擬的湖濱濕地的水溫相同。

具體實(shí)施方式二：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一不同的是：步驟一所述的蓋子a10為橡皮塞。其他與具體實(shí)施方一相同。

具體實(shí)施方式三：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一不同的是:步驟一中所述的挺水植物為狹葉甜茅、漂筏苔草和小葉樟中的一種或幾種。其它與具體實(shí)施方式一相同。

具體實(shí)施方式四：如圖1，本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一不同的是：步驟一所述的取樣口7設(shè)置在PVC透明圓柱體a1的外壁底部。其它與具體實(shí)施方式一相同。

具體實(shí)施方式五：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一不同的是：所述的蓋子b11為透明蓋子，在透明蓋子上設(shè)置有進(jìn)水口4、植物生長口5和通氣口6。其它與具體實(shí)施方式一相同。

通過以下試驗(yàn)驗(yàn)證本發(fā)明效果：

試驗(yàn)一：本試驗(yàn)為一種模擬湖濱濕地土壤植物的方法，見圖1和2，具體是按以下步驟進(jìn)行的：

所述的微宇宙系統(tǒng)是由模擬土壤植物系統(tǒng)、恒溫水浴系統(tǒng)和磁力攪拌系統(tǒng)組成；

所述的模擬土壤植物系統(tǒng)是由PVC透明圓柱體a1、PVC透明圓柱體b2、根部固定器3、蓋子a10和蓋子b11組成；

一、原位土柱的采集：隨機(jī)在預(yù)模擬的湖濱濕地的水下無植物生長的土壤處將PVC透明圓柱體b2豎直壓入土壤中，在不破壞土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的條件下使得預(yù)模擬的湖濱濕地的土壤和水壓入PVC透明圓柱體b2中，壓入PVC透明圓柱體b2中的土壤的深度為5cm～20cm，在水下厭氧條件下在PVC透明圓柱體b2的底端蓋上蓋子a10，在水下厭氧條件下去除PVC透明圓柱體b2中的土壤表層的枯落物，在水下的厭氧條件下將根部固定器3從上向下壓入PVC透明圓柱體b2內(nèi)的土壤中并卡在PVC透明圓柱體b2上端的內(nèi)壁上，將PVC透明圓柱體a1的一端與PVC透明圓柱體b2的上端豎直螺紋連接在一起，將PVC透明圓柱體a1的上端蓋上蓋子b11；在所述的預(yù)模擬的湖濱濕地的水下無植物生長的土壤處周圍2m～3m的范圍內(nèi)生長有挺水植物；

所述的PVC透明圓柱體b2的兩端均無蓋，所述的PVC透明圓柱體a1的兩端均無蓋；

所述的根部固定器3由濾網(wǎng)組成的圓柱體3-2和空心圓盤3-1組成；濾網(wǎng)組成的圓柱體3-2一端敞口，另一端以及側(cè)壁由濾網(wǎng)組成，濾網(wǎng)組成的圓柱體3-2開口一端的外側(cè)水平設(shè)置空心圓盤3-1，且空心圓盤3-1與濾網(wǎng)組成的圓柱體3-2同軸；

所述空心圓盤3-1的內(nèi)徑與PVC透明圓柱體b2的外徑相等，且在水下的厭氧條件下將根部固定器3從上向下壓入PVC透明圓柱體b2內(nèi)的土壤時(shí)，空心圓盤3-1卡接在PVC透明圓柱體b2上端的內(nèi)壁上，保證空心圓盤3-1與蓋子a10平行；

二、植物的培養(yǎng)：取步驟一中PVC透明圓柱體取土壤處周圍2m～3m的范圍內(nèi)的挺水植物帶到溫室大棚，除去植株枯葉，放入裝有水的容器內(nèi)使得根莖浸泡在水里，在溫度為30℃的條件下培養(yǎng)15天，每2天更換一次水；

三、移植幼苗到PVC管中：打開取樣口7，將步驟一中PVC透明圓柱體a1內(nèi)的水放掉，將PVC透明圓柱體a1與PVC透明圓柱體b2通過螺紋分解開，將步驟二中培養(yǎng)了15天的植物根節(jié)處的分蘗移植到PVC透明圓柱體b2內(nèi)的土壤中，再將PVC透明圓柱體a1與PVC透明圓柱體b2螺紋連接在一起，靜置2天～3天，向PVC透明圓柱體a1的上端注入步驟一中預(yù)模擬的湖濱濕地的水，在恒溫水浴系統(tǒng)和磁力攪拌系統(tǒng)的作用下進(jìn)行培養(yǎng)，即完成模擬湖濱濕地土壤植物的方法；所述的恒溫水浴的溫度和步驟一中預(yù)模擬的湖濱濕地的水溫相同。

步驟一所述的蓋子a10為橡皮塞；步驟一中所述的挺水植物為狹葉甜茅、漂筏苔草和小葉樟；

步驟一所述的取樣口7設(shè)置在PVC透明圓柱體a1的外壁底部；所述的蓋子b11為透明蓋子，在透明蓋子上設(shè)置有進(jìn)水口4、植物生長口5和通氣口6。

試驗(yàn)二：定期向試驗(yàn)一的PVC透明圓柱體a1的水中曝氣，取水樣測定，首次取水樣前，曝氣1小時(shí)，之后每次曝氣30分鐘。每次曝氣結(jié)束，測定PVC透明圓柱體a1的水樣的pH和DO，取水樣量以PVC透明圓柱體a1的水體積的5％為宜，除首次取水樣外，每次取水樣前補(bǔ)充預(yù)模擬的湖濱濕地的水至原高度。

試驗(yàn)三：本試驗(yàn)與試驗(yàn)二不同之處在于沒有曝氣，其他與試驗(yàn)二相同。

試驗(yàn)四：本試驗(yàn)與試驗(yàn)二不同之處在于PVC透明圓柱體中沒有放入植物，其他與試驗(yàn)二相同。

試驗(yàn)五：本試驗(yàn)與試驗(yàn)二不同之處在于沒有曝氣，PVC透明圓柱體中沒有放入植物，其他與試驗(yàn)二相同。

試驗(yàn)二至五，每個(gè)試驗(yàn)重復(fù)3次，統(tǒng)計(jì)所有試驗(yàn)隨培養(yǎng)時(shí)間延長TP(總磷)含量變化，監(jiān)測時(shí)間為試驗(yàn)開始的第7、11、15、20、25天。

表1是各試驗(yàn)進(jìn)行第25天時(shí)表層沉積物中不同形態(tài)磷含量變化；

圖3是溶解氧的數(shù)據(jù)圖，曲線1為試驗(yàn)二，曲線2為試驗(yàn)四，曲線3為試驗(yàn)三，曲線4為試驗(yàn)五；

圖4為pH的數(shù)據(jù)圖，曲線1為試驗(yàn)四，曲線2為試驗(yàn)二，曲線3為試驗(yàn)三，曲線4為試驗(yàn)五；

圖5為TP去除率的數(shù)據(jù)圖，曲線1為試驗(yàn)二，曲線2為試驗(yàn)三，曲線3為試驗(yàn)四，曲線4為試驗(yàn)五；

圖6為試驗(yàn)進(jìn)行到第25天時(shí)表層沉積物中TP含量的數(shù)據(jù)圖，1為試驗(yàn)三，2為試驗(yàn)二，3為試驗(yàn)四，4為試驗(yàn)五。

表1各試驗(yàn)進(jìn)行第25天時(shí)表層沉積物中不同形態(tài)磷含量變化

注：表中不同字母表示不同處理在p＝0.05水平下存在差異顯著，相同字母表示在p＝0.05水平下無顯著性差異。

經(jīng)過25天的培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)，共檢驗(yàn)4種處理方式來研究濕地土壤植物對磷去除。由圖3和4看出，曝氣系統(tǒng)中水的TP去除率高于自然復(fù)氧系統(tǒng)，其中曝氣+植物系統(tǒng)TP去除率最高，平均為98.15％，其次為曝氣+無植物系統(tǒng)(97.15％)。自然復(fù)氧+植物系統(tǒng)和自然復(fù)氧+無植物系統(tǒng)中水的TP去除率呈相反的變化趨勢：自然復(fù)氧+植物系統(tǒng)中水的TP去除率呈先上升后下降再上升趨勢，其在第15天出達(dá)到最高值(98.75％)，第20天達(dá)到最低值(93.75％)；而自然復(fù)氧+無植物系統(tǒng)中水的TP去除率呈先下降后上升再下降趨勢，其在第15天出達(dá)到最低值(93.00％)，在第20天達(dá)到最高值(99.00％)。在整個(gè)實(shí)驗(yàn)階段水中TP去除率與時(shí)間存在顯著地相關(guān)性(F＝3.126，p＝0.044)，而與不同處理間無顯著性差異(F＝1.492，p＝0.224)。

由圖5看出，表層沉積物TP含量變化在不同處理中沒有顯著差異(F＝1.108，p＝0.444)。由表1看出，表層沉積物中不同形態(tài)磷的平均含量依次為Ca-P(146.43mg/kg)、O-P(61.78mg/kg)、Al-P(16.89mg/kg)、Fe-P(11.11mg/kg)和Ex-P(3.05mg/kg)。自然復(fù)氧+植物系統(tǒng)和自然復(fù)氧+無植物系統(tǒng)中Exp-P存在顯著性差異(p＝0.023)。相比自然復(fù)氧系統(tǒng)(9.98mg/kg)，曝氣系統(tǒng)中Fe-P含量較高，為12.24mg/kg，說明Fe-P含量與水體中溶解氧濃度高低直接相關(guān)。

以上檢測數(shù)據(jù)結(jié)果表明，試驗(yàn)二的方法是曝氣+濕地植物更適合濕地富營養(yǎng)化治理，其他三種處理方法相比之下效果一般，植物選擇可因地制宜。